شناختی که می توان از طریق مطالعه واپاشی های هسته ای درباره هسته بدست آورد بسیار محدود است. زیرا فقط بعضی فرایندهای واپاشی در طبیعت صورت میگیرد،فقط بعضی ایزوتوپ ها در این فرایندها ساخته می شوند، فقط بعضی از حالتهای هسته ای را می توان مطالعه کرد.

درواقع تبدیلات خود بخودی یا مصنوعی بعضی از هسته های اتمی به هسته دیگر که نتیجه بهم خوردن ترکیب ساختمان هسته یا تغییر در تعداد نوکلئون ها (ذرات هسته ای ) است واکنش های هسته ای نام دارند.

روش های انجام واکنش های هسته ای:

* تجزیه کامل تمامی هسته ها زمانی که به وسیله یک ذره یا انرژی فوق العاده زیاد برخورد کند (یا ذره دیگری جذب کنند) معمولا نوترون است.

* شکست هسته به دو هسته غیر مساوی توئم با انتشار پروتون ، نوترون، ذرات آلفا، اشعه گاما و واکنش های ترکیب هسته ای که تشکیل یک هسته سنگین تر در اثر تجدید ساختمان هسته عناصر سبک تر که همراه با ازاد شدن مقادیر زیاد انرژی است ، صورت می گیرد.

*  انرژی حاصل از واکنش های ترکیب یا (همجوشی) 8 برابر بیشتر از انرژی هسته ای واکنش های شکست هسته ای است.

راه های مختلف تولید انرژی هسته ای:

  *  شکافت هسته ای

 *   همجوشی هسته ای

همان طور که گفتیم واکنشهای هسته ای به دو صورت شکافت و همجوشی، بسته به نوع مواد پرتوزا استفاده شده انجام می گیرند. واکنشگاه ها بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند از یکی از این دو نوع واکنش بهره می گیرند. در واکنشگاه دو میله ماده پرتوزا یکی به عنوان سوخت و دیگری به عنوان آغازگر بکار می رود. میزان این دو ماده بسته به نوع واکنش، اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی بدقت محاسبه و کنترل می شود. در واکنشگاه هسته ای همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزا دیگر تبدیل می شوند که این عناصر بدست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند و یا بصورت پسماند هسته ای نابود می شوند.

واکنش های هسته ای،روش قابل کنترلی برای مطالعه هر نمونه هسته ای،و انتخاب هر حالت برانگیخته در آن نمونه بشمار می آید

حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی است که بصورت امواج اتمی والکترومغناطیس آزاد می گردد. این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری و فروسرخ است که باید بطور کامل کنترل شوند. امواج آلفا، بتا و گامای تولیدی توسط واکنش هستهایی به عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هسته ای دیگر در رآکتورهای مجاور برای تولید ایزوتوپهای ویژه بکار می روند. انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاه های صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق بکار می رود. برای نمونه انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام است. قابل تصور است که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هسته ای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.

,واکنش هستهای,مقالات فیزیک

در واکنشهای شکافت هسته ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U، آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند. سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ای شروع می گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می کرد.

,واکنش هستهای,مقالات فیزیک

انرژی شکافت هسته ای کشف انرژی هسته ای برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیروگاه هسته ای). بحران انرژی باعث شده استفاده از انرژی شکافت هسته ای بیشتر وارد صحنه شود. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته ای را تنها انرژی می داندکه می تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می دهد.

سه ویژگی واکنش شکافت از آن وسیله ای مفید برای تولیدانرژی الکتریکی می سازد.

1.اتلاف انرژی:

قسمت اعظم انرژی بصورت انرژی جنبشی پاره های شکافت آزاد می شود.

پاره های شکافت بیشتر انرژی جنبشی خود را بر اثر برخورد با اتم های سوخت از دست میدهند.این انرژی را می توان به گرما تبدیل کرد و آب را به جوش آورد،در اینصورت می توان توربین بخار را راه اندازی و برق تولید کرد.

2.تکثیر نوترون:

چون میانگین نوترونهای تولید شده بزرگتر از یک است،واکنش زنجیره ای را امکانپذیر می کند.

اینکه این مقدار چقدر باید بزرگتر از یک باشد تا وکنش زنجیره ای میسر شود به ساختمان راکتور بستگی دارد.

3.نوترونهای تاخیری:

حدود یک درصد نوترونها در فرایند شکافت نوترونهای تاخیری هستند،که پس از واپاشی پاره های سنگین گسیل می کنند.

مجوشی هسته ای یک

منبع : tebyan.net